03-1昆虫资源与利用

昆虫世界与人类社会Theinsectworldandhumansociety第三部分昆虫资源与利用昆虫数量繁多形态各异机能独特昆虫数量繁多形态各异机能独特一、昆虫仿生学——开启新技术的钥匙仿生学（Bionics）：是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学技术。仿生学是生物学、数学和工程技术学互相渗透而结合成的一门新兴的边缘学科仿生学就是向生物界索取蓝图生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。海豚的体形或皮肤结构应用到潜艇设计原理上。MichaelPhelps“鲨鱼皮PRO”泳衣仿生技术研究的内容非常广泛，大致有信息仿生、控制仿生、力学仿生、化学仿生以及医学仿生这五个方面昆虫仿生学以昆虫为研究对象，模拟昆虫的感官、定向系统、肢体运动等，并将其应用于工程实践。案例一——苍蝇为人类做出的伟大贡献苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。案例一——苍蝇为人类做出的伟大贡献苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。案例一——苍蝇为人类的伟大贡献振动陀螺仪家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术，这使得它很难被人类抓住，即使在它的后面也很难接近。它设想到了每一种情况，非常小心，并能快速移动。昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平衡的导航仪。案例一——苍蝇为人类的伟大贡献振动陀螺仪科学家根据蝇平衡棒以一定的频率的机械振动调节翅膀运动方向的原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪振动陀螺仪：大大改进了飞机的飞行性能，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失；应用在火箭和高速飞机上，实现自动驾驶案例一——苍蝇为人类的伟大贡献蝇眼与仿生蝇眼-复眼蝇眼是由许多个小六角形的结构拼成的。每个小六角形都是一只小眼睛，科学家把它们叫做小眼。在一只蝇眼里，有3000多只小眼，一双蝇眼就有6000多只小眼。这样由许多小眼构成的眼睛，叫做复眼。蝇眼中的每只小眼都自成体系，都有由角膜和晶体组成的成像系统，有由对光敏感的视觉细胞构成的视网膜，还有通向脑的视神经。每只小眼都单独看东西。把蝇眼的角膜剥离下来作照相镜头，放在显微镜下照相，一下子就可以照出几百个相同的像。案例一——苍蝇为人类的伟大贡献蝇眼与仿生蝇眼航空相机蝇眼成像苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。案例一——苍蝇为人类的伟大贡献蝇眼与仿生根据昆虫单复眼的构造特点，造出了大屏幕彩电，又可将一台台小彩电荧光屏组成一个大画面，且可在同一屏幕上任意位置框出某几个特定的小画面，既可播映相同的画面，又可播映不同的画面案例一——苍蝇为人类的伟大贡献苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。苍蝇与小型气体分析仪案例一——苍蝇为人类的伟大贡献苍蝇与小型气体分析仪苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。案例二——萤火虫带来的光明（冷光）自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。案例二——萤火虫带来的光明（冷光）萤火虫发光动物之一。动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”生物光是一种人类理想的光：萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高案例二——萤火虫带来的光明（冷光）萤火虫的发光原理萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。案例二——萤火虫带来的光明（冷光）萤火虫的研究创造了荧光灯早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。案例二——萤火虫带来的光明（冷光）特种场所使用由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源，可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。案例三——蝴蝶给我们的启示蝴蝶色彩五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。案例三——蝴蝶给我们的启示蝴蝶色彩在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事基地仍安然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡案例三——蝴蝶给我们的启示蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多仪器的正常工作。蝴蝶的温度器案例三——蝴蝶给我们的启示将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。蝴蝶的温度器案例四——灵活的机器人轮子的滚动被认为是效率最高的运动形式老一代的机器人大多是靠轮子作上下、前后、左右的机械运动。近年来一些科学家提出“类人机器人”两条腿交替行走代替轮子的滚动是否有优势，其优势又在哪里?案例四——灵活的机器人所有的生物，从人类到蟑螂，行走方式都是相同的——双足或多足交替行走。优势：灵活的自我操控能力。蟑螂逃跑的速度非常快，当它快速逃窜时，根本不用思考。通过对蟑螂的模仿，机器人绕过障碍物能快速运动，同时不需要复杂的控制系统。仿生机器人——机器蟑螂“斯普罗利塔”。它不但可以跨越障碍，而且行动更快速，每秒可以行走3米。案例五——蜻蜓与机翼蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时。蜻蜒的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。蜻蜒的飞行案例五——蜻蜓与机翼科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。案例六——气步甲“炮虫”与化学武器气步甲自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害案例六——气步甲“炮虫”与化学武器解剖发现甲虫体内有3个小室:分别储有二元酚溶液双氧水生物酶二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应，瞬间就成为100℃的毒液（对苯琨），并迅速射出。其射程高达体长300倍以上，不仅能连发，而且几乎百发百中，故又称“炮虫”案例六——气步甲“炮虫”与化学武器二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。案例六——气步甲“炮虫”与化学武器美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应，在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。